华北理工矿井通风与安全教案第10章 矿井瓦斯.docx

课程名称：矿井通风与安全授课题目（章、节）第十章 第一节 第二节第三节 第四节 第五节 第六节 第七节摘 要矿井瓦斯概述煤层瓦斯赋存与含量矿井瓦斯涌出瓦斯喷出煤与瓦斯突出及其预防爆炸及其预防瓦斯抽放本讲目的要求及重点难点:【目的要求】掌握矿井瓦斯的基本概念及性质，瓦斯成因及其赋存规律，矿井瓦斯涌出量 测定方法，煤与瓦斯突出机理及预防措施，瓦斯爆炸原因及防治措施和矿井瓦斯抽放方法。【重 点】瓦斯的概念及性质，瓦斯的成因，瓦斯赋存规律。【难点】煤与瓦斯突出机理及预防措施，瓦斯爆炸原因及防治措施和矿井瓦斯抽放方法。内 容【本讲课程的引入】瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出是严重影响煤矿安全生产的灾害事故，给国家 和人民生命财产造成了重大损失，瓦斯抽放是有效降低生产过程中煤与瓦斯 突出危险的方法之一，通过对瓦斯抽放方法和抽放参数优化，提高瓦斯抽放 效率，同时可以把瓦斯收集起来，作为一种能源，变废为宝，不仅解决了环 境污染问题，而且为企业创造巨大的经济效益。【本讲课程内容】第十章矿井瓦斯第一节 概述矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。煤矿 术语中的瓦斯指的就是甲烷。物理化学性质。危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。作用：能源、化工原料。第二节煤层瓦斯赋存与含量一、瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和 裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态吸附状态1、松动爆破作用机理：松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区,打几个钻孔装药 爆破，使煤炭松动，集中应力区向煤体深部移动，同时加快瓦斯的排出，从 而在工作面前方造成较长的卸压带，以预防突出的发生。松动爆破分为深孔 和浅孔两种。深孔松动爆破一般用于煤巷或半煤岩巷掘进工作面，钻孔直经 一般为4060mm,深度8m15m （煤层厚时取大值）。浅孔松动爆破主要用 于采煤工作面，鸡西矿务局大通沟煤矿的施工参数为：孔径42mm、孔深2.4m、 孔间距3.0m。钻孔垂直煤壁，松动炮眼超前工作面L2m2、钻孔排放瓦斯作用机理：石门揭煤前,由岩巷或煤巷向突出危险煤层打钻，将煤层中 的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力降到安全压力以下时，再进行采 掘工作。3、水力冲孔作用机理：水力冲孔是在安全岩（煤）柱的防护下，向煤层打钻后，用 高压水射流在工作面前方煤体内冲出一定的孔道，加速瓦斯排放。同时，由 于孔道周围煤体的移动变形，应力重新分布，扩大卸压范围。此外，在高压 水射流的冲击作用下，冲孔过程中能诱发小型突出，使煤岩中蕴藏的潜在能 量逐渐释放，避免大型突出的发生。4、超前钻孔作用机理：它是在煤巷掘进工作面前方始终保持一定数量的排放瓦斯钻 孔。它的作用是排放瓦斯，增加煤的强度，在钻孔周围形成卸压区，使集中 应力区移向煤体深部。阳务58金5、金属骨架作用机理：当石门掘进工作面接近煤层时,通过岩柱在巷道顶部和两帮 上侧打钻，钻孔穿过煤层全厚，进入岩层0.5m。孔间距一般为0.2m左右，孔 径75100mm。然后将长度大于孔深0.40.5m的钢管或钢轨，作为骨架插入 孔内，再将骨架尾部固定，最后用震动放炮揭开煤层（图9-5-8）。此法适用 于地压和瓦斯压力都不太大的急倾斜薄煤层或中厚煤层6、超前支架作用机理：多用于有突出危险的急倾斜煤层厚煤层的煤层平巷掘进时。 为了防止因工作面顶部煤体松软垮落而导致突出，在工作面前方巷道顶部事 先打上一排超前支架，增加煤层的稳定性。7、卸压槽它的实质是预先在工作面前方切割出一个缝槽，以增加工作面前方的卸 压范围，8、震动放炮震动放炮是采用增加炮眼数和装药量，一次爆破揭开煤层并成巷的爆破 方法。在此情况下，因爆破震动，围岩应力和瓦斯压差急剧变化，创造了最 有利的突出条件1）岩柱厚度 岩柱厚度愈大，爆破前突出的可能性愈小，但愈难一次揭 开全煤层。规程规定，急倾斜煤层岩柱厚度不小于L5m。缓倾向和倾斜 煤层，为了全断面一次揭开煤层，可将工作面做成台阶状或斜面，然后布置 炮眼。要求能一次揭开煤层全断面。一般情况下，震动放炮的炮眼数为普通放 炮的23倍，炮眼数N也可按北票矿务局的经验公式计算：N=5.5s1/2P/3（9-5-3）式中S掘进巷道的断面积。n?F一岩石的硬度系数。可用单列三组楔形掏槽的方式。岩眼和煤眼要交错相间排列，顺序爆破3）装药量决定于巷道断面、岩石性质和需要爆破的岩石体积。各矿实际装药量， 往往相差很大，在1.76kg/m31 Ikg/rrP之间，应根据本矿的实际爆破经验确 定。4）注意事项（1）震动放炮时，应将井下人员撤至地面。为了少影响生产，一般在交 接班时放炮；（2）放炮时应将放炮区或全井断电，进风系统内不得有火源存在，以免 引燃瓦斯；（3）放炮半小时后由救护队进入检查。具有延期突出的矿井，进入的时 间还要加长；（4）为了限制突出的波及范围，可在距离工作面45m处，垒起高不 小于1.5m的肝石堆或高至顶板的木垛。有人提出，采用延发雷管分次爆破， 使一部分岩石落在工作面附近，起到限制突出的作用。震动放炮容易引起冒顶事故，能诱使突出，不是好的防治措施，应尽可 能不采用。五、突出的预测突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出综合措施的第一步。突出危险性预 测包括区域性预测和工作面预测。（一）预测指标1、煤的瓦斯放散指数AP：一般情况下，AP> 1525时有突出危险。2、煤的坚固系数6当尔）.60.8时有突出危险；/>1.2时，无突出危险。3、软煤比 软煤分层厚度与煤层总厚度之比称软煤比，亦称揉皱系数。该值越高，煤层越不稳定，突出可能性越大。4、钻孔瓦斯涌出量和钻渣量 这是一种可以在掘进工作面即时预测有无 突出危险的方法，它综合反映了工作面前方煤体渗透性、破坏程度、瓦斯涌 出速度和岩层应力状态。R尸（Smax-1.8） （Imax-4）（9-5-4）（二）突出预兆1、煤层结构和构造:层理紊乱，煤软硬不均或变软，煤暗淡无光，煤层 受挤压，厚度变大，倾角变陡，煤层干燥等。2、地压增大:如来压声响，支架折断，煤炮声，煤岩开裂，煤壁外鼓， 片帮，掉磴，底鼓，打钻时顶钻、夹钻等。3、瓦斯及其它:瓦斯涌出异常，忽大忽小，闷人，煤尘增大，煤或气温 变冷，顶钻喷瓦斯、喷煤等。第六节爆炸及其预防一、瓦斯爆炸过程及其危害1、瓦斯爆炸的化学反应过程瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气中的氧气在高温热源的作用下发生激 烈氧化反应的过程。最终的化学反应式为：CH4+2O2=CO24-2H2O如果。2不足，反应的最终式为：CH4+O2=CO+H2+H2O矿井瓦斯爆炸是一种热-链反应过程（也称连锁反应）。2、瓦斯爆炸的产生与传播过程爆炸性的混合气体与高温火源同时存在，初燃（初爆）一焰面一冲击波一新的爆炸混合物3、瓦斯爆炸的危害矿内瓦斯爆炸的有害因素是，高温、冲击波和有害气体。焰面是巷道中运动着的化学反应区和高温气体，其速度大、温度高。从 正常的燃烧速度（l2.5m/s）到爆轰式传播速度（2500m/s）。焰面温度可高 达21502650（。焰面经过之处，人被烧死或大面积烧伤，可燃物被点燃而 发生火灾。冲击波锋面压力由几个大气压到20大气压，前向冲击波叠加和反射时可 达100大气压。其传播速度总是大于声速，所到之处造成人员伤亡，设备和 通风设施损坏，巷道垮塌。瓦斯爆炸后生成大量有害气体，某些煤矿分析爆炸后的气体成份为02: 6%10%, N2：82%88%, CC）2：4%8%, CO:2%4%。如果有煤尘参与 爆炸，CO的生成量更大，往往成为人员大量伤亡的主要原因。二、瓦斯爆炸的主要参数1、瓦斯的爆炸浓度在正常的大气环境中，瓦斯只在一定的浓度范围内爆炸，这个浓度范围 称瓦斯的爆炸界限，其最低浓度界限叫爆炸下限，其最高浓度界限叫爆炸上 限,瓦斯在空气中的爆炸下限为56%,上限为1416%。瓦斯爆炸界限不是固定不变的，它受到许多因素的影响，其中重要的有：由9 6-1 轲江炸三加胫Q）氧的浓度正常大气压和常温时，瓦斯爆炸浓度与氧浓度关系，如柯 瓦德爆炸三角形所示（图9-6-1）。氧浓度降低时，爆炸下限变化不大（BE线） 爆炸上限则明显降低（CE线）。氧浓度低于12%时，混合气体就失去爆炸性。< 2）其它可燃气体混合气体中有两种以上可燃气体同时存在时，其爆炸界限决定于各可燃 气体的爆炸界限和它们的浓度。可由公式求出：7V=100/ QC1/N1+C2/N2+CJNC（ 9-6-1）式中N多种可燃气体同时存在时的混合气体爆炸上限或下限，%；C2、ac一分别为各可燃气体占可燃气体总的体积百分比，%； C/+ C2+ C3+=100%N八N2、N,附一分别为各可燃气体的爆炸上限或下限，%；X3L煤尘L煤尘具有爆炸危险，300400时就能从煤尘内挥发出多种 可燃气体，形成混合的爆炸气体，使瓦斯的爆炸危险性增加.（4）空气压力:爆炸前的初始压力对瓦斯爆炸上限有很大影响。可爆性 气体压力增高，使其分子间距更为接近，碰撞几率增高。（5）惰性气体:可以降低瓦斯爆炸的危险性。区且斯的最低点燃温度和1瓦斯的最低点燃温度和最小点燃能量决定于空气中的瓦斯浓度，瓦斯-空 气混合气体的最低点燃温度，绝热压缩时565C,其它情况时650。最低点 燃能量为0.28MJ。3“瓦斯的引火延迟性引火延迟性:瓦斯与高温热源接触后，不是立即燃烧或爆炸,而是要经 过一个很短的间隔时间，这种现象叫引火延迟性，间隔的这段时间称感应期.安全意义:在井下高温热源是不可避免的，但关键是控制其存在时间在 感应期内。例如，使用安全炸药爆炸时，其初温能达到2000C左右，但高温 存在时间只有16-610入，都小于瓦斯的爆炸感应期，所以不会引起瓦斯爆炸。 如果炸药质量不合格，炮泥充填不紧或放炮操作不当，就会延长高温存在时 间，一旦时间，超过感应期，就能发生瓦斯燃烧或爆炸事故三、煤矿井下瓦斯爆炸事故原因分析井下的一切高温热源一电气、放炮、摩擦、静电2、发生地点掘进工作面占80%90%,采煤工作面占10%20%采煤工作面发生地点上隅角，采煤机药割附近掘进面发生的原因：一方面 是这些地点采用局扇通风，如果局扇停止运转、风筒末端距工作面较远、风 筒漏风太大或局扇供风能力不够，以致风量不足或风速过低，瓦斯容易积聚。 另一方面，放炮，掘进机械，局扇，电钻等的操作管理，如不符合规定，容 易产生高温火源。四、预防瓦斯爆炸的措施(一)防止瓦斯积聚所谓瓦斯积聚是指瓦斯浓度超过2%,其体积超过0.5m3的现象。1、搞好通风有效地通风是防止瓦斯积聚的最基本最有效方法。瓦斯矿 井必须做到风流稳定，有足够的风量和风速，避免循环风，局部通风风筒末 端要靠近工作面，放炮时间内也不能中断通风，向瓦斯积聚地点加大风量和 提高风速2、及时处理局部积存的瓦斯。1)、采面上隔角瓦斯积聚处理;(1)迫使一部分风流流经工作面上隅角，将该处积存的瓦斯冲淡排出(2)全负压引排法(3)高瓦斯工作面采用并联掺新的通风系统(4)上隅角排放瓦斯2 )综采面处理(1)加大工作面风量。例如有些工作面风量高达15002000m3/min。为 此，应扩大风巷断面与控顶宽度，改变工作面的通风系统，增加进量。(2)防止采煤机附近的瓦斯积聚。可采取下列措施：增加工作面风速或采煤机附近风速。国外有些研究人员认为，只要采取 有效的防尘措施，工作面最大允许风速可提高到6m/so工作面风速不能防止 采煤机附近瓦斯积聚时，应采用小型局扇或风、水引射器加大机器附近的风 速。采用下行风防止采煤机附近瓦斯更容易积聚。3)顶板附近层状积聚处理;(1)加大巷道的平均风速，使瓦斯与空气充分地紊流混合。一般认为， 防止瓦斯层状积聚的平均风速不得低于0.5lm/s。(2)加大顶板附近的风速。如在顶梁下面加导风板将风流引向顶板附近; 或沿顶板铺设风筒，每隔一段距离接一短管；或铺设接有短管的压气管，将 积聚的瓦斯吹散；在集中瓦斯源附近装设引射器。(3)将瓦斯源封闭隔绝。如果集中瓦斯源的涌出量不大时，可采用木板 和粘土将其填实隔绝，或注入砂浆等凝固材料，堵塞较大的裂隙。4)顶板冒落孔洞内积聚处理；用砂土将冒落空间填实；用导风板或风筒 接岔(俗称风袖)引入风流吹散瓦斯。5)恢复有大量瓦斯积存盲巷或打开封闭3“抽放瓦斯4、经常检查瓦斯浓度和通风状况防止瓦斯引燃的原则，是对一切非生产必需的热源，要坚决禁绝。生产 中可能发生的热源，必须严加管理和控制，防止它的发生或限定其引燃瓦斯 的能力。第七节瓦斯抽放一:概述规定:当回采工作面瓦斯涌出量5m3/min,掘进工作面瓦斯涌出 量3m3/min,采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽放瓦斯。抽放瓦斯的方法：按瓦斯的来源分三类；开采煤层、邻近层、采空区抽 放9按抽放的机理分为两类；未卸压和卸压抽放按汇集瓦斯的方法分为三类。钻孔、巷道抽放、钻孔与巷道综合抽放 二“开采煤层的瓦斯抽放开采煤层的瓦斯抽放，是在煤层开采之前或采掘的同时，用钻孔或巷道 进行该煤层的抽放工作。1、未卸压的钻孔抽放本法适用于透气数较大的开采煤层预抽的瓦斯。按钻孔与煤层的关系分为穿层钻孔和沿层钻孔；按钻孔角度分为上向孔、 下向孔和水平孔。我国多采用穿层上向钻孔。钻孔参钻孔方向我国多为上向孔；孔间距30-50m抽放负压孔口负压不超过14kPa钻孔直径70-100mm2、卸压的钻孔抽放1）随掘随抽在掘进巷道的两帮，随掘进巷道的推进，每隔10m15m开一钻孔窝， 在巷道周围卸压区内打钻孔12个,孔径4560mm,封孔深1.52.0m, 封孔后连接于抽放系统进行抽放。孔口负压不宜过高，一般为5.36.7kPa （4050mmHg）。巷道周围的卸压区一般为515m,个别煤层可达1530m。 开滦赵各庄矿在掘进工作面后面1520m处，用煤电钻打孔，孔深49m。 孔距46m。封孔后抽放，降低了煤帮的瓦斯涌出量，保证了煤巷的安全掘 进。2）随采随抽是在回采工作面前方由机巷或风巷每隔一段距离（2060m）,沿煤层 倾斜方向、平行于工作面打钻、封孔、抽放瓦斯。孔深应小于工作面斜长的2040mo顶板走向钻孔和顶板巷道抽放。图9-7-3 煤层回采后DU 底板国者的变化I-2- 福乐.3-开采短收3“人工增加煤层透气系数的措施1）水力压裂水力压裂是将大量含砂的高压液体（水或其它溶液）注入煤层，迫使煤 层破裂，产生裂隙后砂子作为支撑剂停留在缝隙内，阻止它们的重新闭合， 从而提高煤层的透气系数。2）水力割缝水力割缝是用高压水射流切割孔两侧煤体（即割缝），形成大致沿煤层扩 张的空洞与裂缝。3）深孔爆破在钻孔内用炸药爆炸造成的震动力使煤体松动破裂4）酸性处理;酸液处理是向含有碳酸盐类或硅酸盐类的煤层中，注入可溶解这些矿物 质的酸性溶液。3）交叉钻孔。交叉钻孔是除沿煤层打垂直于走向的平行孔外，还打与平行钻孔呈15。20。夹角的斜向钻孔，形成互相连通的钻孔网三"邻近层的瓦斯抽放邻近层含义：开采煤层群时，回采煤层的顶、底板围岩将发生冒落、移 动、龟裂和卸压，透气系数增加。回采煤层附近的煤层或夹层中的瓦斯，就 能向回采煤层的采空区转移。这类能向开采煤层采空区涌出瓦斯的煤层或夹 层，就叫做邻近层。位于开采煤层顶板内的邻近层叫上邻近层，底板内的叫为什么邻近层抽放总能抽出瓦斯呢？煤层开采后，在其顶板形成三个受采动影响的地带：冒落带、裂隙带和 变形带，在其底板则形成卸压带。口曾大。注意问题参数：钻场位置钻场位置应根据邻近层的层位、倾角、开拓方式以及施工方便等因素确 定，要求能用最短的钻孔，抽出最多的瓦斯，主要有下列几种：1）钻场位于开采煤层的运输平巷内（图9-7-8a）。2）钻场位于开采煤层的回风巷内（图9-7-8b）。3）钻场位于层间岩巷内（图9-7-8c）。4）钻场位于开采煤层顶板，向裂隙带打平行于煤层的长钻孔（图9-7-9）o 5）混合钻场，上述方式的混合布置。钻场或钻孔的间距邻近层抽放瓦斯的的上限与下限距离，应通过实际观测，按上述三带的 高度来确定。上邻近层取冒落带高度为下限距离，裂隙带的高度为上限距离。 下邻近层不存在冒落带，所以不考虑上部边界，至于下部边界，一般不超过 6080m。钻孔角钻孔角度指它的倾角（钻孔与水平线的夹角）和偏角（钻孔水平投影线 和煤层走向或倾向的夹角）o钻孔进入的层位（1） 30倍采高以内的邻近层，且各邻近层间的间距小于10m；（2） 30 倍采高以外的邻近层，且互相间的距离小于1520m。否则应向瓦斯涌出量 大的各层分别打钻孔径和抽放负压与开采煤层抽放不同，孔径对瓦斯抽出量影响不大，多数矿井采用5775mm孔径。同样抽放负压增加到一定数值后，也不可能再提高抽放效果，我 国一般为几kPa （几十mmHg）,国外多为13.326, 6KPa （100200mmHg）。四、采空区抽放采空区瓦斯抽放可分为全封闭式抽放和半封闭式抽放两类。全封闭式抽 放又可分为密闭式抽放、钻孔式抽放和钻孔与密闭相结合的综合抽放等方式。 半封闭式抽放是在采空区上部开掘一条专用瓦斯抽放巷道（如鸡西矿务局城 子河煤矿），在该巷道中布置钻场向下部采空区打钻，同时封闭采空区入口， 以抽放下部各区段采空区中从邻近层涌入的瓦斯。抽放的采空区可以是一个 采煤工作面（如松藻矿务局打通二矿），或一两个采区的局部范围（如天府 矿务局磨心坡煤矿），也可以是一个水平结束后的大范围抽放（如中梁山矿 务局）。五、围岩瓦斯抽放煤层围岩裂隙和溶洞中存在的高压瓦斯会对岩巷掘进构成瓦斯喷出或突 出危险。为了施工安全，可超前向岩巷两侧或掘进工作面前方的溶洞裂隙带 打钻，进行瓦斯抽放（如广旺矿务局唐家河煤矿）。六、瓦斯抽放设备抽放瓦斯的设备主要有钻机、封孔装置、管道、瓦斯泵、安全装置和检 测仪表。钻机根据钻孔深度选择，可用专用于打抽放钻孔的钻机（装有排放 瓦斯装置），也可以用一般钻机。钻孔打好后，将孔口段直径扩大到100120mm,插入直径7080mm的钢管，用水泥砂浆封孔，也可以用胶圈封孔器 或聚胺脂封孔。封口深度视孔口附近围岩性质而定，围岩坚固时23m,围 岩松软时67m,甚至10m左右。封孔后，必须在抽放前用弯管、自动放水器、 流量计、铠装软管(或抗静电塑料软管)、闸门等将钻孔与抽放管路连接起 来。1、抽放瓦斯的管道一般用钢管或铸铁管。管道直径是决定抽放投资和抽放效果的重要因素 之一。管道直径。(m)应根据预计的抽出量，用下式计算：。二(4QQ / (60tiv) ,/2(9-7-1)式中；Qc管内气体流量，m3/min；J管内气体流速，m/s；管内瓦斯流速V：5m/s<V<20m/s, 一般取V=10 15m/s。这样才能使选择 的管径有足够的通过能力和较低的阻力。大多数矿井抽放瓦斯的管道内径为: 采区的100mm150mm,大巷的150mm 300mm,井筒和地面的200mm400mm o管道铺设路线选定后，进行管道总阻力的计算，用来选择瓦斯泵。管道 阻力计算方法和通风设计时计算矿井总阻力一样，即选择阻力最大的一路管 道，分别计算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起来即为整个系统的总阻力。摩擦阻力加(Pa)可用下式计算：h尸(1-0.004460 LQMD5式中L管道的长度，m；D管径 cm；管内混合气体(瓦斯与空气)的流量)，m3/hK系数 见表(9-7-3)C混合气体中的瓦斯浓度。局部阻力一般不进行个别计算，而是以管道总摩擦阻力的10%20%作为 局部阻力。管道的总阻力以-为：心=(1.1 L2)Z“式中力广1段管道的摩擦阻力，Pao2、瓦斯泵常用的瓦斯泵有，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机。水环式真空泵的特点是真空度高、负压大、流量小、安全性好(工作室 内充满介质，不会发生瓦斯爆炸)。适用于抽出量不大，要求抽放负压高的 矿井。离心式鼓风机适用于瓦斯抽出量大(201200m3/min),管道阻力不高 (45kpa)的抽放情况下。回转式鼓风机的特点是，管道阻力变化时，风机的流量几乎不变，所以 供气均匀，效率高。缺点是噪音大，检修复杂。3、流量计为了全面掌握与管理井下瓦斯抽放情况，需要在总管、支管和各个钻场 内安设测定瓦斯流量的流量计。目前井下一般采用孔板流量计，如图(9-7-11) 所示。孔板两端静压差Ah (可用水柱计测出)与流过孔板的气体流量有如下 关系式：Q=9.7x10-4xk/2xP/0.716xC + 1.293 (1-C) i/2(9-7-4)式中Q温度为20,压力为101.3Pa时的混合气体流量，m3/min；一孔板两端静压差，Pa；P-孔板出口端绝对静压，Pa；C瓦斯浓度，%；K一孔板流量系数，K=K(xcxSkX60(m25/min)G流速收缩系数，取0.65；孔板系数(加工精度好时取1)；S%孔板孔口面积，m2；4、其它装置1)放水器：一为了及时放出管道内的积水，以免堵塞管道。在钻孔附近和 管路系统中都要安装放水器。最简单的放水器为形管自动放水器当U型 管内积水超过开口端的管长时，水就自动流出。这种放水器多用于钻孔附近, 管的有效高度必须大于安装地点的管道内负压。人工放水器，正常抽放时打 开放水器的1号阀门，关团2号和3号阀门，管道里的水流入水箱。放水时，关 闭1号阀门，打开2号和3号阀门将水放出。2)防爆、防回火装置抽放系统正常工作状态遭到破坏，管内瓦斯浓度降低时，遇到火源瓦斯 就有可能燃烧或爆炸。为了防止火焰沿管道传播，正常抽放时，瓦斯由进气 口进入，经水封器由出口排出。管内发生瓦斯燃烧或爆炸时，火焰被水隔断、 熄灭、爆炸波将防爆盖冲破而释放于大气中。防回火网多由46层导热性能好而不易生锈的铜网构成，网孔约0.5mm规程规定，利用瓦斯时，抽出瓦斯中的瓦斯浓度不得低于30%；不 利用瓦斯时，用干式抽气设备，瓦斯浓度不得低于25%。抽出的瓦斯，可以按其浓度的不同，合理地加以利用：浓度为3540% 时，主要用作工业、民用燃料；浓度50%以上的瓦斯可以用作化工原料，如 制造炭黑和甲醛。抚顺、阳泉、天府、中梁山和淮南等局矿都已建厂生产。【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了煤层瓦斯赋存与含量、矿井瓦斯涌出、瓦斯喷出、 煤与瓦斯突出及其预防、爆炸及其预防、瓦斯抽放。要求学生掌握矿井瓦斯 的基本概念及性质，瓦斯成因及其赋存规律，矿井瓦斯涌出量测定方法，煤 与瓦斯突出机理及预防措施，瓦斯爆炸原因及防治措施和矿井瓦斯抽放方法。【本讲课程的作业】1、煤层瓦斯的成因及影响煤层瓦斯涌出量的因素？2、矿井瓦斯涌出的形式？3、瓦斯绝对涌出量定义计测定方法？4、瓦斯相对涌出量定义计测定方法？5、煤与瓦斯突出的机理有哪些？6、防治煤与瓦斯突出的措施有哪些？7、瓦斯爆炸的三要素有哪些？8、瓦斯爆炸的防治措施有哪些？9、矿井瓦斯抽放方法及适用区域？吸着状态 吸收状态二.煤层中瓦斯垂直分带形成原因“当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时, 由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出 垂直分带特征。垂直分为四带:加岫带带工岫式项带“旦滞名 称气带成因瓦斯成分%n2CO2ch4CO2-N2 带生物化学-空气20 8020 80<10N2带空气>80<1020<20N2-CH4 带空气-变质80<102080CH4带变质<20<10>80瓦斯风化带下界深度确定依据“可以根据下列指标中的任何一项确定。(1)煤层的相对瓦斯涌出量等于23m3/t处;(2)煤层内的瓦斯组分中甲烷及重及浓度总和达到80% (体积比)；_ ( 3)煤层内的瓦斯压力为0_Q5Mp" 一(4 )煤的瓦斯含量达到下列数值处:长焰煤1。1.5 m3/L( C.M,),气 煤 1.52.0m3/t (C.M.),肥煤2.02.5m3/t (CM) , >2.53.0m3/t (C.M.),贫煤3.04.0m3/t (C.M.),无烟煤5.07.0m3/t (C.M.)(此处的"Z>WWZW1Z*>ZlVZ*<ZWVZVZWZVZWZ>Z1VZl%l>zC*l*lZ*Aw>lVVZZ»"SZllkZ>>Z>ZW>/1SZ>ZWZW/1WZlV/XXiZW>>Z>Z>1ZWVXW1XZ>ZW1Z>>ZlV>1Z>lZ>1Z>Zl>Q>>lZV>X"%1Z>AlA»<A<ZZ>1VZ>Z>Z1>ZW/l«»ZlVZ>>ZWWZ>V/>Z>>/W>>/lVZ>1Z>>Zl*l/1>*i/l*lZW>ZVZW/>ZWZWZl>/>/lZ>>>Z>/"»<Z>>ZV<SZ>Z><SZ>ZV/* C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分)。三“影响煤层瓦斯含量的因素煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量(标准状态下的瓦斯体积)，单位为rrP/irP (cm3/cm3)或mVt (cmVg)。煤的瓦斯含量包括游离瓦斯和吸附瓦斯含量之和。主要影响因素:L、煤的吸附特性煤的吸附性能决定于煤化程度，一般情况下煤的煤 化程度越高，存储瓦斯的能力越强。2、煤层露头煤层如果有或曾经有过露头长时间与大气相通，瓦斯含量就不会很大。反之，如果煤层没有通达地表的露头，瓦斯难以逸散，它的含 量就较大。3、煤层的埋藏深度煤层的埋藏深度越深，煤层中的瓦斯向地表运移的距离就越长，散失就越困难。4、围岩透气性煤系岩性组合和煤层围岩性质对煤层瓦斯含量影响很大。如果围岩为致 密完整的低透气性岩层，围岩的透气性差，所以煤层瓦斯含量高，瓦斯压力 大。反之，围岩由厚层中粗砂岩、砾岩或裂隙溶洞发育的石灰岩组成，则煤 层瓦斯含量小。5、煤层倾角6、地质构造7“水文地质条件四、煤层内的瓦斯压力瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象的基本参数。瓦斯压力测定：打钻、封孔、测压。瓦斯带内瓦斯压力变化规律:末受采动影响的煤层内的瓦斯压力，随深度的增加而有规律地增加，可 以大于、等于或小于静水压。瓦斯压力梯度“gp= (P2-P1)/(H2-H1)(9-2-1)则P=gp (H-Hi)+P/(9-2-2a)或P= gp (HH() +Po(9-2-2b)式中P预测的甲烷带内深H (m)处的瓦斯压力，MPagP瓦斯压力梯度，MPa/mPi，2甲烷带内深度为“八H2 (m)处的瓦斯压力，MPaoPo-甲烷带上部边界处瓦斯压力，取0.2MPa 0Ml-甲烷带上部边界深度，mo第三节矿井瓦斯涌出普通涌出、特殊涌出一、瓦斯涌出量含义：瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的 瓦斯量，对应于整个矿井的叫矿井瓦斯涌出量，对应于翼、采区或工作面， 叫翼、采区或工作面的瓦斯涌出量2、瓦斯通出量表示方法绝对瓦斯涌出量;单位时间涌出的瓦斯体积，单位为mVd或rrP/min：4=QxC/100式中Qg绝对瓦斯涌出量，n)3/min；Q一风量，m3/min；C风流中的平均瓦斯浓度，%o相对瓦斯涌出量:一平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是 m3/t 0 qa=Qg/A式中：q?相对瓦斯涌出量,m%；Ql绝对瓦斯涌出量，m3/d；Aj一日产量，t/d二“影响瓦斯涌出的因素决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。.（一）.自然因素1。和围岩的瓦斯含量二它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。单一的薄煤层和中厚煤层开采 时，瓦斯主要来自煤层暴露面和采落的煤炭，因此煤层的瓦斯含量越高，开 采时的瓦斯涌出量也越大。地面大气压变化。地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，它对 采空区（包括回采工作面后部采空区和封闭不严的老空区）或坍冒处瓦斯涌 出的影响比较显著（二）开采技术因素1、开采规模式支L矿井达产之前，绝对瓦斯涌出量随着开拓范围的扩大而增加。绝对 瓦斯涌出量大致正比于产量，相对瓦斯涌出量数值偏大而没有意义。工2矿井达产阶段后，绝对瓦斯涌出量基本随产量变化并在一个稳定数 值上下波动。对于相对瓦斯涌出量来说，如果矿井涌出的瓦斯主要来源于采 落的煤炭，产量变化时，对绝对瓦斯涌出量的影响虽然比较明显，但对相对 瓦斯涌出量影响却不大，re 9-3-1 瓦森从露面施出的变化蝗建（支L开采工作逐渐收缩时，绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少，并 最终稳定在某一数值，这是由于巷道和采空区瓦斯涌出量不受产量减少的影 响，这时相对瓦斯涌出量数值又会因产量低而偏大，再次失去意义。2、开采顺序与回采方法首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大。采空区丢失煤炭多，回采率 低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶 板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。3、生产工艺瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤炭内涌出的特点是，初期 瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。4、风量变化矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快 就会转变为另一稳定状态。5、.采区通风系统采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。6、采空区的密闭质量采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达6070%）,如果封闭的密 闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风， 使矿井的瓦斯涌出增大。三、矿井瓦斯涌出来源的分析与分源追理按划分目的的不同，对矿井瓦斯来源有三种划分方式：按水平“翼，采区来进行划分，作为风量分配的依据之一；按掘进区、回采区和已采区来划分,它是日常治理瓦斯工作的基础；按开采区、临近区划分,它是采煤工作面治理瓦斯工作的基础一般是将全矿的（或翼的、水平的）瓦斯来源分为回采区（包括回采工 作面的采空区）、掘进区和已采区三部分。其测定方法是同时测定全矿井、各 回采区和各掘进区的绝对瓦斯涌出量。然后分别计算出各回采区、掘进区和 已采区三者各占的比例。测定回采区或掘进区的瓦斯涌出量时，要分别在各 区进、回风流中测瓦斯浓度和通过的风量，回风和进风绝对瓦斯涌出量的差 值，即为该区的绝对瓦斯涌出量。四"瓦斯涌出不均系数正常生产过程中，矿井绝对瓦斯涌出量受各种因素的影响其数值是经常 变化的，但在一段时间内只在一个平均值上下波动，峰值与平均值的比值称 为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数表示为“kQmax/Qa式中：kg一给定时间内瓦斯涌出不均系数；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，nrVmin；Qa一该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；方法:确定区域,进回风量、瓦斯浓度确定瓦斯涌出不均系数的方法是：根据需要，在待确定地区（工作面、 采区、翼或全矿）的进、回风流中连续测定一段时间（一个生产循环、一个 工作班、一天、一月或一年）的风量和瓦斯浓度，一般以测定结果中的最大 一次瓦斯涌出量和各次测定的算术平均值代入上式，即为该地区在该时间间 隔内的瓦斯涌出不均系数五,J济瓦斯等级1、矿井瓦斯等级划分依据：按照平均日产一吨煤涌出瓦斯量（相对瓦斯涌出量）和瓦斯涌出 形式，划分为：低瓦斯江进jig3及其以下；一高瓦斯矿井:井m3以上；煤与瓦斯突出矿井。2、矿井瓦斯等级鉴定（J）鉴定时间和基本条件矿井瓦斯等级的鉴定工作应在正常生产的条 件下进行。一般在七月或八月。在鉴定月的上、中、下旬中各取一天（间隔 10天），分三个班（或四个班）进行测定工作。所谓正常生产，即被鉴定的 矿井、煤层、一翼、水平或采区的回采产量应达到该地区设计产量的60%。<2）测点选择和测定内容及要求确定矿井瓦斯等级时，是按每一自然矿井、煤层、一翼、水平和各采区 分别计算相对瓦斯涌出量，并取其中最大值（而不是全矿井的平均值）。所以 测点应布置在每一通风系统的主要通风机的风胴、各水平、各煤层和各采区的回风道测风站内。如无测风站，可选取断面规整并无杂物堆积的一段平直 巷道作测点(31矿井瓦斯等级的确定六、矿井瓦斯涌出量预测瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律, 预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。瓦斯涌出量的预测的方法“(1)统计法&JG斯通出量梯度口深度与相对涌出量的比值物理含义J它的物理含义为相对瓦斯涌出量每增加1 m3/t时，开采深 度增加的米数，其单位为m/ (m3/t)。瓦斯涌出量梯度愈小，矿井瓦斯涌出量 随深度增加的速度愈快。C,计算gg= (H2-H1) / Qq2qi) n式中：gq 瓦斯涌出量梯度，m/(m3/t)或t/rRHp “2甲烷带内的两个已采深度，m；%、对应于耳、生深度的相对瓦斯涌出量，m3/t；一指数系数，大多数煤田在垂深1000m内时=1。已知瓦斯涌出量梯度和瓦斯风化带下朝度时，就可用下式预测相对瓦 斯涌出量。qm=qo+ QHHo) /gm(8-3-6)或qm=q，ni+ ( HHi) I gm(8-3-7)式中 心一预测的深”(m)处的相对瓦斯涌出量，m3/t；Ho瓦斯风化带下界深度，m；g,一瓦斯涌出量增深率，(m.t) /m340、qi一瓦斯风化带下界或Hi处的相对瓦斯涌出量，o=2m3/t；例如，利用公式(9-3-7)来预测抚顺龙凤矿深500m处的瓦斯涌出量： “="/+/g尸330.0+ (500.0-410.0) /10.9=41.2 m3/t统计法预测瓦斯涌出量时“必须注意以下两点:1)此法只适用于瓦斯带以下已回采了 12个水平的矿井，而且外推深 度不得超过100-200m,煤层倾角和瓦斯涌出量梯度值越小，外推深度也应越 小，否则误差可能很大。2)积累的瓦斯涌出量资料，至少要有一年以上，而且积累的资料愈多、 精度愈高，已采水平(或区域)的瓦斯地质情况和开采技术条件与新设计水 平(或区域)愈相似，预测的可靠性也愈高。否则，应根据有关资料进行相 应的修正，或按相似程度进行分区预测。42)计算法以煤层瓦斯含量为基础进行计算。第四节瓦斯喷出瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷